5G將至 眾半導體商誰將成大贏家？

　　從現在來看，5G無疑是半導體廠商緊盯的一個市場，回顧移動通信的發展歷程，每一代移動通信系統都可以通過標志性能力指標和核心關鍵技術來定義：

　　1G采用頻分多址(FDMA)，只能提供模擬語音業務;

　　2G主要采用時分多址(TDMA)，可提供數字語音和低速數據業務;

　　3G以碼分多址(CDMA)為技術特征，用戶峰值速率達到2Mbps至數十Mbps，可以支持多媒體數據業務;

　　4G以正交頻分多址(OFDMA)技術為核心，用戶峰值速率可達100Mbps至1Gbps，能夠支持各種移動寬帶數據業務。

　　來到了5G，其關鍵能力比以前幾代移動通信更加豐富，用戶體驗速率、連接數密度、端到端時延、峰值速率和移動性等都將成為5G的關鍵性能指標。

　　再加上新興的物聯網、移動互聯網等應用對5G有了更高的需求，于5G設備來說也有了進一步的要求。按高通高級工程主管John Smee所說，5G對電池壽命，可靠性等方面都有了更高的需求。

　　而根據市場調研機構ReportsnReports的報告顯示，5G網絡到2025年會產生2500億美元的年營收，這也勢必會給目前正在給近來“苦苦掙扎”的半導體產生帶來一線新的曙光。

　　挑戰和機遇

　　雖然業界對5G 抱有很大的期望，但是對于布置5G網絡，目前還面臨很多的挑戰。例如雖然OEM和芯片廠商都在開發相關的5G產品，但5G標準尚未確定，這是帶來的第一個挑戰。

　　其次，行業內的人都知道，現在的LTE網絡的運行頻率區間是700MHZ到3.5GHZ，但在5G的時代，除了LTE會持續存在外，未授權的毫米波頻段(30GHZ到300GHZ之間)也會同時共存，以提高無線數據容量。這樣的就會給移動系統和基站系統的處理器、基帶和RF設備帶來了更多的新需求。于RF芯片供應商來說，5G會給他們帶來一種前所未有的新需求，當中就包括了一種叫做毫米波相控陣天線的技術。

　　這種已經應用在太空和軍事的毫米波設備逐漸遷移到了汽車雷達、60GHZ WIFI和將要到來的5G身上。但這并不是簡單的遷移，設計和設計的運行方式甚至毫米波會給廠商帶來新的挑戰。

　　不但這種芯片的設計會變得很困難，甚至在測試方面也給廠商帶來了新的挑戰。

　　在NI的一篇文章中有提到，由于這些毫米波的波長都是介乎1到10毫米之間，而廠商為了提高頻譜的利用率，從物理層上探索MIMO、干擾協調等技術方法，這就會帶來很高的路徑損耗，有些頻段甚至在水蒸氣中也會面臨傳輸損耗的挑戰。另外在密集的城市環境信道測量中會發現，那些融合了方向可控制天線波束和網絡拓撲蜂窩系統需要更高的鏈路預算。以上種種都會給測試廠商帶來強大的挑戰。

　　Skyworks的首席技術官 Peter Gammel，也表示，由于5G的高速率和低延遲，這就對化合物半導體提出了新的需求。

　　具體到手機、基站、測試和封裝方面，我們可以這樣分析：

　　(1)基站

　　5G實際應用中，帶相控陣天線的手機將發射信號給基站和微蜂窩基站，基站和微蜂窩基站將與相控陣天線對接以實現信號連接。

　　要實現上述功能，還有一些問題要解決。例如，天氣狀況會影響信號路徑。“在毫米波頻段，由于氧氣和吸收造成的路徑損失會更大，”AnokiwaveCEO Robert Donahue說道，“解決方法是采用波束成型技術。”

　　Anokiwave有一款被稱為“5G四核”的IC，工作頻率為28GHz，具備相控陣功能。這款IC使用硅鍺工藝，可用于微蜂窩基站等系統。

　　理論上，這種芯片可與基站通信。與4G不同，4.5G和5G設備必須支持大規模MIMO技術。基站使用的射頻功率管一般采用LDMOS工藝，但現在LDMOS工藝正在被氮化鎵(GaN)工藝取代。這是給半導體產業帶來的第一個挑戰，也是機遇。

　　“和LTE-A一樣，5G基礎設施也會移到更高的頻率以拓寬數據帶寬，”穩懋半導體高級副總裁DavidDanzilio說道，穩懋半導體提供GaAs和GaN工藝代工服務。“隨著LTE邁向更高頻率，GaN技術已經開始擴大市場份額。”

　　“GaN是一種寬禁帶材料，”StrategyAnalytics的Higham說，“這意味著GaN能夠耐受更高的電壓，也意味著GaN器件的功率密度和可工作溫度更高。所以，與GaAs和磷化銦(InP)等其他高頻工藝相比，GaN器件輸出的功率更大;與LDMOS和SiC(碳化硅)等其他功率工藝相比，GaN的頻率特性更好。”

　　將來，5G手機中的PA甚至也可以用GaN來制造。“GaN也會被采用，特別是在高頻率應用。”Qorvo無線基礎設施與產品事業部總經理 SumitTomar說。

　　軍用手機中已經開始使用GaN器件，但普通智能手機用上GaN器件還要等上一段時間，因為只有在低功率GaN工藝上取得突破，GaN器件才能放入智能手機。